无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
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表 1 电机、泵、油缸、蓄能器基本参数
泵站电机
项目 型号
额定转速 (/ r/min) 最大扭矩 /Nm 功率 /kW
参数 YBK2-132M2-4
1 450 49.4 2.2
备注
齿轮泵
型号 排量 (/ mL/r)
额定转速 (/ r/min) 机械效率或液压效率
CB-6 6
2 200 0.98
张紧油缸 蓄能器
程劲松
(江苏煤炭工业协会,江苏 南京 210024)
[摘 要] 煤矿辅助运输是指煤矿除煤炭运输以外的人员、材料、设备和矸石等各种运输。无 极绳连续牵引车是一种新型高效辅助运输设备,适合在地质条件复杂多变、巷道条 件差的工作面、采掘巷道中应用。设计解决了长距离状态下钢丝绳变形量有效张紧 问题;确保主机张紧力的恒定,保证了安全运输。
[关键词] 无极绳连续牵引车;五轮张紧;摩擦力;辅助液压张紧 [中图分类号] TD524 [文献标识码] B [文章编号] 1672-9943(2015)01-0115-02
1 问题的提出
无极绳连续牵引车在牵引距离长的状态下运 行阻力较大。在设计预紧力时,如果预紧力设计过 大,运行载荷列车在距张紧装置较近地点时,张紧 系统工作在重力极限状态,张紧作用失效,造成牵 引钢丝绳打滑,甚至发生跑车等事故。如果预紧力 设计过小,运行载荷列车在距张紧装置较远地点 时,张紧系统工作在上线极限状态,钢丝绳变形量 传递不到张紧装置,牵引绳松弛,容易造成车辆撞 击、脱轨或翻车,也有可能造成挤压、拉断钢丝绳。 旗山煤矿 93301 工作面安装无极绳连续牵引车, 该巷道长度 1 600 m,水平 90° 弯道 2 处,最大牵 引设备质量 10 t,钢丝绳选用 6×19s-φ26 型。为 了解决钢丝绳张紧力的恒定问题,张紧装置设计 为两端张紧方式,机头采用重锤 4 组 5 轮张紧,机 尾采用液压辅助张紧,实现牵引钢丝绳在运行区 段内保持恒定的张紧力。
ΔV=
1 4
π(D2-d2)ΔL=
1 4
×3.14×(1.62-0.82)×6=9.04(L)
该张紧系统为保压系统,因此,油缸变化时引
起的液体体积变化由蓄能器吸收,由蓄能器计算
公式可计算出蓄能器初始充气压力 P0:
蓄能器气体所占体积为 V0=50 L
初张力状态蓄能器压力 P1=3.98 MPa
初张力状态蓄能器气体体积 V1=X 最大负载时蓄能器压力 P2=7.96 MPa 最大负载时蓄能器气体体积 V2=X-ΔV 由 P1V1=P2V2 可计算得出:X=18.08 L
式中:Q 为额定转速,r/min;P2 为机械效率;ηt
为液压效率。
根据以上数据计算,所选电机功率满足使用
要求。
3.2.3 张紧油缸校核
根据张紧油缸的使用经验,一般要求张紧油
缸在最大和最小负载区间变化时,油缸活塞浮动
量约为油缸总行程的 1/3,此次选定油缸行程为
L=1 800 mm,即要求张紧油缸工作时活塞的活动
牵引钢丝绳与各轮组之间的运行阻力 fg 设 计:
2015 年 2 月
116
程劲松 无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
Feb., 2015
fg=ρ×2Lμ/1000 式中:ρ 为钢丝绳单位质量,取 2.07 kg/m;L 为运输距离,取 1 600 m;μ 为牵引钢丝绳与各轮 组之间的运行阻力系数,取 0.2 ̄0.4。 代入数据计算可知,fg=1.98 t 每组张紧装置配 30 块配重,每块配重 50 kg, 每组张紧装置可以提供张紧力为 1.5 t,系统中设 有 4 组张紧装置,可以满足钢丝绳与各轮组之间 的阻力损耗。 3.2 机尾张紧系统设计 3.2.1 机尾液压张紧装置匹配设计: 初始张紧力为 F1=60 kN,产生最大机尾拉力 F2=120 kN,所选泵站、油缸参数如表 1 所示。
22001155年年第2 4月0 卷第 1 期
能源技术与管理
Feb.,V2o0l.1450 No.1
Energy Technology and Management
115
doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2015.01.045
无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
1 4
120×103
=
×3.14×(0.162-0.082)
7.96(MPa)
式中:F1 为初始张紧力,N;D 为油缸内径,m;
d 为活塞杆径,m。
电机最大功率消耗 P3:
P3=
பைடு நூலகம்
Q·P2 600ηt
=
6×1 450×0.96×0.94 1 000
×79.6
600×0.94×0.96
=
1.15(kW)
[作者简介]
程劲松(1970-),男,工程师,毕业于天津工程师范学 院工业电气自动化技术专业,长期从事煤矿机电专业安全 管理工作。
[收稿日期:2014-04-11]
缩变形补偿,又可以满足远距离的钢丝绳伸缩变 形补偿。分段补偿张紧系统如图 1 所示。
图 1 钢丝绳分段补偿张紧系统示意图
机尾设置液压张紧装置。在机尾附近的钢丝 绳存在预紧力不足、余绳多情况,在牵引列车回程 斜巷下坡运输时,容易造成车辆窜动、撞击甚至脱 轨。液压张紧装置作为辅助张紧,不如 5 轮重锤张 紧反应快,但可以迅速吸收余绳,使得尾轮处牵引 副绳不松弛,增加预紧力,确保回程车辆下运时尾 车后钢丝绳无余绳,安全运行。
3 张紧装置设计布置
为使牵引钢丝绳具有足够的张力,保证牵引 钢丝绳和传动滚筒之间产生摩擦牵引力,防止牵 引钢丝绳与传动滚筒之间产生打滑。张紧装置的 设计根据无极绳牵引过程的张力变化规律,可采 用相遇点的单向张紧、双向张紧或尾绳轮张紧等 方式。牵引绞车设置在坡道外侧,进行双向牵引运 输。 3.1 机头张紧系统设计
行程 /mm 油缸内径 /mm 活塞杆径 /mm 实验压力 /MPa
体积 /L
1 800 160 80 20
50
3.2.2 泵站校核设计
系统工作压力 P1、P2:
P1=
1 4
F1
=
π(D2-d2)
1 4
60×103
=
×3.14×(0.162-0.082)
3.098(MPa)
P2=
1 4
F2
=
π(D2-d2)
2 张紧装置的结构组成
重锤装置,作用是吸收钢丝绳系统由于弹性 变形而伸长的部分,同时为绞车提供张紧力,保证 钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力,促使 绞车正常牵引,而不致钢丝绳在卷绳筒上打滑。通 过对工作阻力、牵引力及张紧力分析,在机头主张 紧系统中重锤设计为 4 组 5 轮张紧方式;该装置 提供 2 种钢丝绳预紧力,分段进行补偿,通过实验 选定其中一组张紧力 500 kg,用来及时吸收近处 的余绳给绞车提供预紧力。另一组采用动滑轮组 增大一倍的张紧力也就是 1 000 kg,用来吸收里 段的余绳。使张紧既可以满足近距离的钢丝绳伸
范围在(1/3 ̄2/3)L 区间浮动。
初张紧时活塞行程(初张紧状态 F1=60 kN)为
2/3 L,即 L1=1 200 mm; 最大负载时(工况负载最大状态为 F2=120 kN)
活塞行程为 1/3 L,即 L2=600 mm; 当负载变化拉动油缸活塞从初张紧状态到最
大负载状态时油缸内腔体积变化为 ΔV,则有:
由 P0V0=P1V1 可计算得出:P0=1.43 MPa
根据以上计算,为满足油缸浮动量的使用要
求,蓄能器初始充气压力为 1.43 MPa。
4结论
旗山煤矿在 93301 工作面安装期间,使用无 极绳连续牵引车,顺利地拉运支架等大型物料设 备,未出现打滑及松绳现象,杜绝了各类车辆脱 轨、翻车事故的发生,使用效果显著。
泵站电机
项目 型号
额定转速 (/ r/min) 最大扭矩 /Nm 功率 /kW
参数 YBK2-132M2-4
1 450 49.4 2.2
备注
齿轮泵
型号 排量 (/ mL/r)
额定转速 (/ r/min) 机械效率或液压效率
CB-6 6
2 200 0.98
张紧油缸 蓄能器
程劲松
(江苏煤炭工业协会,江苏 南京 210024)
[摘 要] 煤矿辅助运输是指煤矿除煤炭运输以外的人员、材料、设备和矸石等各种运输。无 极绳连续牵引车是一种新型高效辅助运输设备,适合在地质条件复杂多变、巷道条 件差的工作面、采掘巷道中应用。设计解决了长距离状态下钢丝绳变形量有效张紧 问题;确保主机张紧力的恒定,保证了安全运输。
[关键词] 无极绳连续牵引车;五轮张紧;摩擦力;辅助液压张紧 [中图分类号] TD524 [文献标识码] B [文章编号] 1672-9943(2015)01-0115-02
1 问题的提出
无极绳连续牵引车在牵引距离长的状态下运 行阻力较大。在设计预紧力时,如果预紧力设计过 大,运行载荷列车在距张紧装置较近地点时,张紧 系统工作在重力极限状态,张紧作用失效,造成牵 引钢丝绳打滑,甚至发生跑车等事故。如果预紧力 设计过小,运行载荷列车在距张紧装置较远地点 时,张紧系统工作在上线极限状态,钢丝绳变形量 传递不到张紧装置,牵引绳松弛,容易造成车辆撞 击、脱轨或翻车,也有可能造成挤压、拉断钢丝绳。 旗山煤矿 93301 工作面安装无极绳连续牵引车, 该巷道长度 1 600 m,水平 90° 弯道 2 处,最大牵 引设备质量 10 t,钢丝绳选用 6×19s-φ26 型。为 了解决钢丝绳张紧力的恒定问题,张紧装置设计 为两端张紧方式,机头采用重锤 4 组 5 轮张紧,机 尾采用液压辅助张紧,实现牵引钢丝绳在运行区 段内保持恒定的张紧力。
ΔV=
1 4
π(D2-d2)ΔL=
1 4
×3.14×(1.62-0.82)×6=9.04(L)
该张紧系统为保压系统,因此,油缸变化时引
起的液体体积变化由蓄能器吸收,由蓄能器计算
公式可计算出蓄能器初始充气压力 P0:
蓄能器气体所占体积为 V0=50 L
初张力状态蓄能器压力 P1=3.98 MPa
初张力状态蓄能器气体体积 V1=X 最大负载时蓄能器压力 P2=7.96 MPa 最大负载时蓄能器气体体积 V2=X-ΔV 由 P1V1=P2V2 可计算得出:X=18.08 L
式中:Q 为额定转速,r/min;P2 为机械效率;ηt
为液压效率。
根据以上数据计算,所选电机功率满足使用
要求。
3.2.3 张紧油缸校核
根据张紧油缸的使用经验,一般要求张紧油
缸在最大和最小负载区间变化时,油缸活塞浮动
量约为油缸总行程的 1/3,此次选定油缸行程为
L=1 800 mm,即要求张紧油缸工作时活塞的活动
牵引钢丝绳与各轮组之间的运行阻力 fg 设 计:
2015 年 2 月
116
程劲松 无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
Feb., 2015
fg=ρ×2Lμ/1000 式中:ρ 为钢丝绳单位质量,取 2.07 kg/m;L 为运输距离,取 1 600 m;μ 为牵引钢丝绳与各轮 组之间的运行阻力系数,取 0.2 ̄0.4。 代入数据计算可知,fg=1.98 t 每组张紧装置配 30 块配重,每块配重 50 kg, 每组张紧装置可以提供张紧力为 1.5 t,系统中设 有 4 组张紧装置,可以满足钢丝绳与各轮组之间 的阻力损耗。 3.2 机尾张紧系统设计 3.2.1 机尾液压张紧装置匹配设计: 初始张紧力为 F1=60 kN,产生最大机尾拉力 F2=120 kN,所选泵站、油缸参数如表 1 所示。
22001155年年第2 4月0 卷第 1 期
能源技术与管理
Feb.,V2o0l.1450 No.1
Energy Technology and Management
115
doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2015.01.045
无极绳牵引车长距离运输对钢丝绳张紧力补偿的设计与应用
1 4
120×103
=
×3.14×(0.162-0.082)
7.96(MPa)
式中:F1 为初始张紧力,N;D 为油缸内径,m;
d 为活塞杆径,m。
电机最大功率消耗 P3:
P3=
பைடு நூலகம்
Q·P2 600ηt
=
6×1 450×0.96×0.94 1 000
×79.6
600×0.94×0.96
=
1.15(kW)
[作者简介]
程劲松(1970-),男,工程师,毕业于天津工程师范学 院工业电气自动化技术专业,长期从事煤矿机电专业安全 管理工作。
[收稿日期:2014-04-11]
缩变形补偿,又可以满足远距离的钢丝绳伸缩变 形补偿。分段补偿张紧系统如图 1 所示。
图 1 钢丝绳分段补偿张紧系统示意图
机尾设置液压张紧装置。在机尾附近的钢丝 绳存在预紧力不足、余绳多情况,在牵引列车回程 斜巷下坡运输时,容易造成车辆窜动、撞击甚至脱 轨。液压张紧装置作为辅助张紧,不如 5 轮重锤张 紧反应快,但可以迅速吸收余绳,使得尾轮处牵引 副绳不松弛,增加预紧力,确保回程车辆下运时尾 车后钢丝绳无余绳,安全运行。
3 张紧装置设计布置
为使牵引钢丝绳具有足够的张力,保证牵引 钢丝绳和传动滚筒之间产生摩擦牵引力,防止牵 引钢丝绳与传动滚筒之间产生打滑。张紧装置的 设计根据无极绳牵引过程的张力变化规律,可采 用相遇点的单向张紧、双向张紧或尾绳轮张紧等 方式。牵引绞车设置在坡道外侧,进行双向牵引运 输。 3.1 机头张紧系统设计
行程 /mm 油缸内径 /mm 活塞杆径 /mm 实验压力 /MPa
体积 /L
1 800 160 80 20
50
3.2.2 泵站校核设计
系统工作压力 P1、P2:
P1=
1 4
F1
=
π(D2-d2)
1 4
60×103
=
×3.14×(0.162-0.082)
3.098(MPa)
P2=
1 4
F2
=
π(D2-d2)
2 张紧装置的结构组成
重锤装置,作用是吸收钢丝绳系统由于弹性 变形而伸长的部分,同时为绞车提供张紧力,保证 钢丝绳在卷绳筒绳衬上有较稳定的正压力,促使 绞车正常牵引,而不致钢丝绳在卷绳筒上打滑。通 过对工作阻力、牵引力及张紧力分析,在机头主张 紧系统中重锤设计为 4 组 5 轮张紧方式;该装置 提供 2 种钢丝绳预紧力,分段进行补偿,通过实验 选定其中一组张紧力 500 kg,用来及时吸收近处 的余绳给绞车提供预紧力。另一组采用动滑轮组 增大一倍的张紧力也就是 1 000 kg,用来吸收里 段的余绳。使张紧既可以满足近距离的钢丝绳伸
范围在(1/3 ̄2/3)L 区间浮动。
初张紧时活塞行程(初张紧状态 F1=60 kN)为
2/3 L,即 L1=1 200 mm; 最大负载时(工况负载最大状态为 F2=120 kN)
活塞行程为 1/3 L,即 L2=600 mm; 当负载变化拉动油缸活塞从初张紧状态到最
大负载状态时油缸内腔体积变化为 ΔV,则有:
由 P0V0=P1V1 可计算得出:P0=1.43 MPa
根据以上计算,为满足油缸浮动量的使用要
求,蓄能器初始充气压力为 1.43 MPa。
4结论
旗山煤矿在 93301 工作面安装期间,使用无 极绳连续牵引车,顺利地拉运支架等大型物料设 备,未出现打滑及松绳现象,杜绝了各类车辆脱 轨、翻车事故的发生,使用效果显著。